Фізика. 9 клас. Головко

Головне в розділі 4. Фізика атома та атомного ядра. Фізичні основи ядерної енергетики

Атом — найменша хімічно неподільна, електронейтральна частинка матерії, що складається з позитивно зарядженого ядра й негативно заряджених електронів.

Йон — електронодефіцитний або електрононадлишковий атом чи група атомів.

Молекула — здатна до самостійного існування, електрично нейтральна частинка речовини, що має її основні хімічні властивості, які визначаються її складом та будовою.

Дотепер використовується планетарна модель атома Резерфорда — Бора, оскільки вона є прямим вираженням експериментальних фактів. У ядерній моделі атом становить систему зарядів, у центрі якої розташоване важке позитивне ядро, де зосереджена практично вся маса атома, навколо якого обертаються електрони. Лінійний розмір ядра атома (10^-15 м) у десятки тисяч раз менший за розміри атома (10^-10 м).

Хімічний елемент — тип атомів, що характеризується певним протонним числом.

Нуклід — різновид атомів, що характеризується певним протонним та нуклонним числом. Радіоактивні атоми називають радіонуклідами.

Протонне число — кількість протонів у ядрі. Позначається латинською літерою Ζ і збігається з порядковим номером елемента періодичної системи.

Нуклонне число (масове число) — загальна кількість нуклонів (протонів та нейтронів) у ядрі, позначається літерою А.

Ізотопи — різновиди атомів одного елемента, що мають певне нуклонне число. Це різновиди атомів одного й того самого хімічного елемента.

В ядерній фізиці ізотоп хімічного елемента X прийнято позначати символом хімічного елемента із зазначенням його нуклонного числа (зліва вгорі) та протонного числа (зліва донизу), тобто у вигляді ^A_ZX. Нуклід позначають також іншим способом: до назви елемента через дефіс приєднується нуклонне число.

В ядрі між нуклонами існує особливий тип взаємодії, яку називають сильною, а сили, що їй відповідають, називають ядерними. Ядерні сили приблизно в 100 разів перевищують значення кулонівських сил, які діють в ядрі між протонами.

Радіоактивність — явище спонтанного перетворення нестійких ізотопів хімічного елемента в ізотопи іншого хімічного елемента, яке супроводжується випусканням певних частинок.

α-промені — потік ядер атомів Гелію ⁴₂Не, швидкість яких буває 10 000 км/с. За час свого руху одна α-частинка здатна йонізувати сотні тисяч пар йонів. У повітрі довжина вільного пробігу α-частинок від 2 до 12 см, а у твердих речовинах — менше міліметра.

β-промені — потік електронів зі швидкостями, що можуть наближатися до швидкості світла. β-частинки активно розсіюються в речовині, йонізуючи її. Щоб затримати β-частинку досить листа металу завтовшки 3 мм.

γ-промені — високоенергетичне електромагнітне випромінювання. Взаємодіючи з електронними оболонками атомів, вони сприяють утворенню швидких електронів, які йонізують середовище. Для їх поглинання потрібен шар свинцю товщиною 20 см.

Радіоактивні перетворення ядер підпорядковуються правилам зміщення

α-розпад: ^A_ZX → ^A-4_Z-2Y + ⁴₂He;

β-розпад: ^A_ZX → ^A_Z+1Y + ⁰_-1e.

Період піврозпаду — фізична величина, що характеризує швидкість розпаду радіонукліда й чисельно дорівнює часу, протягом якого розпадається половина наявної кількості ядер певного радіонукліда.

Активність радіоактивної речовини — фізична величина, яка характеризує інтенсивність радіоактивного розпаду й чисельно дорівнює кількості розпадів, що відбуваються в певній радіоактивній речовині за одиницю часу.

Активність позначають малою латинською літерою А. Одиницею активності в СІ є бекерель (Бк): [А] = Бк.

1 Бк — активність радіонукліда, в якому за одну секунду відбувається один розпад.

Радіація справді небезпечна: великі дози радіації вбивають клітини організму, зупиняють їх поділ, пригнічують низку біохімічних процесів, що перебувають в основі життєдіяльності, пошкоджують структуру ДНК і тим самим порушують генетичний код та позбавляють клітину інформації, на якій ґрунтується її життєдіяльність. Водночас малі дози радіації спричиняють ракові захворювання й генетичні зміни.

Ядерна реакція — це процес перебудови атомного ядра під впливом γ-кванта або зарядженої чи нейтральної частинки, що супроводжується утворенням нового ядра і нової частинки чи γ-кванта.

Ланцюговою реакцією називають процес, у якому одна реакція, що відбулася, зумовлює подальші реакції такого самого типу.

Ядерна зброя — зброя масового ураження вибухової дії, побудована на використанні ядерної енергії, що вивільняється під час ланцюгової ядерної реакції розщеплення важких ядер.

Ядерні реакції синтезу — взаємодія ядер атомів хімічних елементів з елементарними частинками, γ-випромінюванням або з ядрами інших елементів.

Україна входить до десяти провідних країн за виробництвом електричної енергії на АЕС. У енергозабезпеченні України частка ядерної енергії становить понад 55 %, а у вихідні дні, коли промислові підприємства переважно не працюють, — більш як 70 %.

Атомна електростанція, що стабільно працює, викидає в атмосферу невелику кількість радіаційних забруднень, причому ця кількість у декілька разів менша, ніж викиди теплової електростанції аналогічної потужності.

Виявляємо предметну компетентність із розділу «Фізика атома та атомного ядра. Фізичні основи атомної енергетики»

1 (с). Які частинки входять до складу атомного ядра?

• А. електрони і протони;
• Б. нейтрони й електрони;
• В. протони;
• Г. немає правильної відповіді.

2 (c). Який з трьох типів випромінювань — α-випромінювання, β-випромінювання; чи γ-випромінювання — має найбільшу проникну здатність?

• А. Всі мають приблизно однакову;
• В. β-випромінювання;
• Б. α-випромінювання;
• Г. γ-випромінювання.

3. (с). Який вид іонізуючих випромінювань з перерахованих далі найнебезпечніший при зовнішньому опромінюванні організму людини за однакової активності й однакової енергії частинок?

• А. Усі однаково безпечні;
• Б. α-випромінювання;
• В. β-випромінювання;
• Г. γ-випромінювання.

4 (c). Термоядерні реакції:

• А. є реакціями поділу важких ядер;
• Б. завжди відбуваються з поглинанням енергії;
• В. є реакціями синтезу між легкими ядрами;
• Г. відбуваються лише в штучно створених установках.

5 (д). Під час ланцюгової реакції поділу ядер Урану разом з ядрами-уламками обов’язково вилітають

• А. α-частинки;
• Б. β-частинки;
• В. нейтрони;
• Г. протони.

6 (д). Вкажіть, яка частинка бере участь у ядерній реакції ¹⁴₇Ν + ? → ¹⁷₈O + ¹₁H?

• А. ¹¹₅В;
• Б. ⁴₂Не;
• В. ⁸₃Li;
• Г. ²₁Н.

7 (д). Яке нуклонне та протонне числа буде в ядра нового елемента, якщо нуклід 115B зазнав α-розпаду?

• А. 3 і 5;
• Б. 7 і 7;
• В. 3 і 7;
• Г. 7 і 15.

8 (д). Чому дорівнює число нейтронів у ядрі ⁸₃Li?

• А. 3;
• Б. 8;
• В. 5;
• Г. 11.

9 (д). Взаємодія з якими частинками спричиняє поділ ядер Урану в ядерному реакторі?

• А. протони;
• Б. нейтрони;
• В. електрони;
• Г. α-частинки.

10 (д). Встановіть відповідність між одиницями фізичних величин та їхніми числовим значенням у СІ

1. 1 а. о. м.

2. 1 МеВ

3. 1 кВт • год

4. 1 т

А. 1,6 • 10^-13 Дж

Б. 1 • 10³ кг

В. 1,6 • 10^-19 Кл

Г. 1,67 • 10^-27 кг

Д. 3,6 • 10⁶ Дж

11 (д). Встановіть відповідність між прізвищем ученого та його відкриттям

1. Е. Резерфорд

2. А. Беккерель

3. Д. Іваненко

4. П. Кюрі та М. Кюрі

А. Протонно-нейтронна модель ядра атома

Б. Електрони в атомі представив у вигляді хвилі

В. Планетарна модель атома

Г. Радіоактивні елементи Торій, Полоній, Радій;

Д. Радіоактивне випромінювання

12 (д). Установіть відповідність між ядром радіоактивного елемента та кількістю нейтронів у ядрі, яке утворилося б у результаті поглинання зазначеним ядром нейтрона.

1. ⁵⁵₂₆Fe

2. ⁹⁸₄₂Mo

3. ⁴⁸₂₃V

4 ¹⁰⁰₄₃Тс

А. 30

Б. 58

В. 57

Г. 23

Д. 26

13 (в). Активність препарату Торію на початку досліду становила 1500 Бк. Якою стане активність цього препарату, коли розпадеться 90 % атомів.

14 (в). Який ККД атомної електростанції потужністю 200 МВт, що витрачає за добу 500 г Урану-235. (Вважайте, що під час поділу ядра Урану виділяється енергія 200 МеВ.)

15 (в). Яка маса води має пройти через турбіну гідроелектростанції з ККД 80 %, щоб виробити таку саму кількість енергії, що генерується на АЕС із ККД 20 % при розпаді 1 г Урану-235? Висота греблі ГЕС — 70 м